摘 要:“組織工程與再生醫(yī)學(xué)”是生物醫(yī)學(xué)工程領(lǐng)域的一門新興交叉學(xué)科。為了科學(xué)地提高學(xué)生生物醫(yī)學(xué)知識(shí)和技術(shù)實(shí)踐能力,我們針對(duì)生物醫(yī)學(xué)工程目前的教學(xué)現(xiàn)狀,以“組織工程與再生醫(yī)學(xué)”課程為載體,對(duì)教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、教學(xué)實(shí)踐、教學(xué)平臺(tái)和評(píng)價(jià)考核體系等多方面進(jìn)行了教學(xué)研究與改革。以此提升“組織工程與再生醫(yī)學(xué)”課程的教學(xué)效果,推動(dòng)課程建設(shè),提高學(xué)生的生物工程素養(yǎng)及綜合實(shí)踐能力,從而成功培養(yǎng)引領(lǐng)新一輪生物醫(yī)學(xué)技術(shù)變革的創(chuàng)新人才和領(lǐng)軍人才。
關(guān)鍵詞:生物醫(yī)學(xué)工程;組織工程與再生醫(yī)學(xué);教學(xué)研究與實(shí)踐
中圖分類號(hào):G642文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):1673-260X(2024)11-0081-04
隨著生物學(xué)、醫(yī)學(xué)、生物工程學(xué)和材料學(xué)的發(fā)展與進(jìn)步,20世紀(jì)80年代后期,誕生了組織工程學(xué),又稱再生醫(yī)學(xué),為生物醫(yī)學(xué)工程的研究發(fā)展開(kāi)辟了嶄新的道路?!敖M織工程與再生醫(yī)學(xué)”是一門綜合運(yùn)用工程學(xué)、材料學(xué)以及生命科學(xué)等學(xué)科的原理與方法,研究在體外培養(yǎng)生物組織并移植入體內(nèi)損傷處,從而促進(jìn)損傷處修復(fù)甚至完全治愈的學(xué)科。經(jīng)過(guò)30多年的高速發(fā)展,該學(xué)科已經(jīng)建立了一個(gè)比較完善的有機(jī)科學(xué)體系,在臨床治療中的應(yīng)用也已取得初步成功[1]。而生物醫(yī)學(xué)工程則是一門綜合性交叉專業(yè),良好的學(xué)習(xí)結(jié)構(gòu)和交叉學(xué)科間的融合交流對(duì)推動(dòng)其發(fā)展至關(guān)重要[2]。恰好“組織工程與再生醫(yī)學(xué)”作為生物醫(yī)學(xué)工程領(lǐng)域的新興學(xué)科,能很好地實(shí)現(xiàn)生物學(xué)、醫(yī)學(xué)、工程學(xué)和材料學(xué)等多個(gè)學(xué)科的融會(huì)貫通,極大地推動(dòng)生物醫(yī)學(xué)工程的發(fā)展進(jìn)步,并有效地鍛煉學(xué)生綜合運(yùn)用多學(xué)科知識(shí)的能力。所以開(kāi)設(shè)本門課程很重要,在參考以往教學(xué)經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上,學(xué)習(xí)了國(guó)內(nèi)外相關(guān)課程的優(yōu)秀教學(xué)模式和先進(jìn)教學(xué)思想,對(duì)本課程的體系建設(shè)進(jìn)行了本土化的科學(xué)規(guī)劃,以便更好地培養(yǎng)出符合當(dāng)今時(shí)代和社會(huì)要求的高精尖復(fù)合型人才。
1 課程教學(xué)的現(xiàn)狀分析
“組織工程和再生醫(yī)學(xué)”學(xué)科雖然只發(fā)展了短短三十幾年,但已經(jīng)構(gòu)建了大量理論基礎(chǔ),實(shí)現(xiàn)了體外培養(yǎng)生物組織并植入動(dòng)物體內(nèi)損傷處幫助愈合等研究。不難想象,隨著生物學(xué)、醫(yī)學(xué)和材料學(xué)等相關(guān)學(xué)科與日俱進(jìn)的研究發(fā)展,組織工程和再生醫(yī)學(xué)也將會(huì)開(kāi)辟新的醫(yī)學(xué)道路。所以該課程的相關(guān)教學(xué)研究和實(shí)踐需要跟上時(shí)代發(fā)展,注意理論研究和實(shí)踐研究的前沿信息,使科學(xué)性和創(chuàng)新性相結(jié)合,才能培養(yǎng)出新一代擁有綜合科研素養(yǎng)的創(chuàng)新型人才。
1.1 “組織工程與再生醫(yī)學(xué)”課程教學(xué)內(nèi)容
“組織工程與再生醫(yī)學(xué)”課程是圍繞發(fā)揮主要功能作用的種子細(xì)胞、可供細(xì)胞進(jìn)行生命活動(dòng)的生物支架材料以及調(diào)節(jié)細(xì)胞增殖分化的生物活性分子這三個(gè)方面的研究?jī)?nèi)容來(lái)開(kāi)展的。其中種子細(xì)胞是該學(xué)科研究的核心部分,包括自體細(xì)胞、同種細(xì)胞、異種細(xì)胞以及基因改質(zhì)細(xì)胞等,擔(dān)任著決定組織器官種類的重要作用。支架材料則給種子細(xì)胞提供了進(jìn)行生命活動(dòng)的場(chǎng)所,幫助細(xì)胞生長(zhǎng)繁殖和新陳代謝,是組織工程研究的人造細(xì)胞外基質(zhì),支撐新組織的最終形成。生長(zhǎng)因子則在這個(gè)過(guò)程中傳達(dá)細(xì)胞黏附、增殖、遷移與分化信息,三者相輔相成,才實(shí)現(xiàn)了體外組織器官的成功構(gòu)建。然后為了達(dá)到修復(fù)創(chuàng)傷和重建生理功能的醫(yī)學(xué)治療效果,我們還需要用相應(yīng)外科手段將構(gòu)建物移入體表或者體內(nèi)損傷處從而完成最終修復(fù)。
1.2 “組織工程與再生醫(yī)學(xué)”課程理論教學(xué)方法
“組織工程與再生醫(yī)學(xué)”課程理論教學(xué)的最大難點(diǎn)就是需要結(jié)合實(shí)際及時(shí)更新相關(guān)知識(shí)點(diǎn)。因?yàn)?1世紀(jì)以來(lái),“組織工程與再生醫(yī)學(xué)”發(fā)展更新極快,新的研究理論和技術(shù)不斷涌現(xiàn),所以相關(guān)專業(yè)的老師和同學(xué)們所需要學(xué)習(xí)掌握的理論和技術(shù)也越來(lái)越多、越來(lái)越新,一旦更新不及時(shí)就容易產(chǎn)生學(xué)習(xí)漏洞。此外,國(guó)內(nèi)現(xiàn)有的“組織工程與再生醫(yī)學(xué)”教科書(shū)大多是很多年前編寫的,知識(shí)點(diǎn)完全沒(méi)有更新,難以滿足本專業(yè)學(xué)生教學(xué)的實(shí)際需求[3]。而國(guó)外的大部分相關(guān)專業(yè)書(shū)雖然與時(shí)俱進(jìn),對(duì)組織工程與再生醫(yī)學(xué)的理論知識(shí)以及實(shí)踐運(yùn)用做了最新的編寫[4],但這些書(shū)籍都基本未被引入翻譯,本科生還沒(méi)有達(dá)到原文學(xué)習(xí)的水平,所以這些專業(yè)書(shū)并不適合作為本科生的教材,最多作為參考書(shū)給教學(xué)人員和專業(yè)研究人員學(xué)習(xí)和使用。因此開(kāi)設(shè)該課程急需要一本符合本科生水平的教材,我們根據(jù)近期的相關(guān)科研文獻(xiàn)改編出了符合蚌埠醫(yī)科大學(xué)教學(xué)實(shí)際需要的特色講義,因地制宜地做到了基礎(chǔ)與尖端結(jié)合,不斷完善理論教學(xué),讓學(xué)生切實(shí)理解掌握組織再生相關(guān)理論知識(shí)。
1.3 “組織工程與再生醫(yī)學(xué)”課程實(shí)踐教學(xué)方法
“組織工程與再生醫(yī)學(xué)”課程的最終目的是培養(yǎng)出具有綜合科研素養(yǎng)的創(chuàng)新型人才,所以僅教授理論知識(shí)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。我們?cè)诶碚摻虒W(xué)改革的基礎(chǔ)上還需要實(shí)踐教學(xué)改革從而提升學(xué)生的實(shí)踐創(chuàng)新能力,因此亟須在今后的教學(xué)中構(gòu)建理論實(shí)踐相結(jié)合的教學(xué)體系,加強(qiáng)實(shí)踐教學(xué)。
據(jù)統(tǒng)計(jì),在國(guó)內(nèi)的生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)課教學(xué)中,實(shí)踐課程學(xué)時(shí)僅僅占理論課程學(xué)時(shí)的15%[5]。而且由于基礎(chǔ)設(shè)施、實(shí)驗(yàn)環(huán)境以及學(xué)生個(gè)體差異等因素的影響,很多學(xué)校只開(kāi)設(shè)大綱所規(guī)定的教學(xué)內(nèi)容,導(dǎo)致想要培養(yǎng)出滿足社會(huì)需要的科研創(chuàng)新型人才很難[6]。因此,我們需要靈活改進(jìn)教學(xué)模式,對(duì)部分學(xué)有余力又有興趣的學(xué)生提出更高的實(shí)踐要求。課外對(duì)其開(kāi)展額外的創(chuàng)新型實(shí)踐教學(xué),延長(zhǎng)實(shí)驗(yàn)室使用時(shí)長(zhǎng),使得學(xué)生能自由出入實(shí)驗(yàn)室,利用課余時(shí)間設(shè)計(jì)探索新的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。這種教學(xué)模式引導(dǎo)學(xué)生自主思考、自主設(shè)計(jì)和自主探究,從而達(dá)到基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)—設(shè)計(jì)性試驗(yàn)—探究性試驗(yàn)的完美結(jié)合,更易培養(yǎng)出具有科學(xué)思維和超強(qiáng)動(dòng)手能力的優(yōu)秀生物醫(yī)學(xué)工程人才[7]。
2 “組織工程與再生醫(yī)學(xué)”課程教學(xué)研究與實(shí)踐
根據(jù)“組織工程與再生醫(yī)學(xué)”課程的實(shí)踐特性,明確生物技術(shù)專業(yè)的人才培養(yǎng)目標(biāo),結(jié)合課程存在的問(wèn)題與意義,我們主要從以下幾個(gè)方面分層次地進(jìn)行具體的課程教學(xué)研究與實(shí)踐探索。
2.1 教學(xué)方式
由于組織工程與再生醫(yī)學(xué)在這三十多年里發(fā)展迅猛,涉及的科目?jī)?nèi)容較多又較抽象,所以我們的教學(xué)方式需要與時(shí)俱進(jìn)、因地制宜,采取多樣化教學(xué)模式,分基礎(chǔ)、提高和探索三個(gè)層次以滿足不同學(xué)生的學(xué)習(xí)需求。
2.1.1 基礎(chǔ):信息化教學(xué)
充分利用校園網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái),實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)課程學(xué)習(xí)資源共享。我們?cè)谛?nèi)建設(shè)網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)平臺(tái),由教師上傳課程相關(guān)的講解視頻或者文本方便學(xué)生課前自學(xué),提前打好基礎(chǔ)。這樣簡(jiǎn)單的問(wèn)題也不需要浪費(fèi)課堂時(shí)間去尋求老師解答,學(xué)生自己就可以獨(dú)立查詢網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)平臺(tái)完成;基礎(chǔ)薄弱的學(xué)生也可以反復(fù)聽(tīng)講自主復(fù)習(xí),節(jié)省教師資源。網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)平臺(tái)的板塊包括網(wǎng)絡(luò)課程學(xué)習(xí)、網(wǎng)絡(luò)資源共享、師生留言交流等方面,促進(jìn)學(xué)生學(xué)習(xí)效率,同時(shí)也輔助教學(xué)老師提升了教學(xué)質(zhì)量。
2.1.2 提高:討論式教學(xué)
指導(dǎo)老師在開(kāi)課前需要查閱文獻(xiàn),再結(jié)合校內(nèi)資源設(shè)計(jì)多種教學(xué)實(shí)驗(yàn)。開(kāi)課后,學(xué)生每3~4人組成實(shí)驗(yàn)小組,根據(jù)自己興趣選擇實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目,在課堂上以小組為單位完成實(shí)驗(yàn)過(guò)程以及討論。同時(shí)指導(dǎo)老師全面監(jiān)管,隨機(jī)參與各小組的實(shí)驗(yàn)或者討論過(guò)程,給予建議和幫助。在實(shí)驗(yàn)進(jìn)行期間,生物工程實(shí)驗(yàn)室對(duì)本科生全天開(kāi)放,隨時(shí)都要有任課教師在辦公室?guī)椭鹨山饣蟆?/p>
2.1.2 探索:學(xué)科競(jìng)賽教學(xué)
發(fā)展以學(xué)科競(jìng)賽為引導(dǎo)的創(chuàng)新教學(xué)方法,讓學(xué)有余力又有想法的優(yōu)秀學(xué)生可以自主設(shè)計(jì)課題參與學(xué)科競(jìng)賽。借學(xué)科競(jìng)賽中遇到的實(shí)際問(wèn)題來(lái)鍛煉學(xué)生能力,令學(xué)生在解決問(wèn)題的過(guò)程中不斷學(xué)習(xí),真正做到理論與實(shí)際結(jié)合,在挫折中快速提高知識(shí)運(yùn)用能力。另外學(xué)科競(jìng)賽中以學(xué)生自主設(shè)計(jì)、自主實(shí)踐為主,能引導(dǎo)學(xué)生的積極性,不斷促進(jìn)學(xué)生的學(xué)科綜合能力發(fā)展[8]。此外,在學(xué)校教育中最重要的就是培養(yǎng)學(xué)生樹(shù)立獨(dú)立自主學(xué)習(xí)的意識(shí),而發(fā)展以學(xué)科競(jìng)賽為引導(dǎo)的創(chuàng)新教學(xué)方法,正好有助于學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)運(yùn)用交叉學(xué)科知識(shí),更容易形成融合性的創(chuàng)新思維和扎實(shí)全面的實(shí)際運(yùn)用能力,能最大化地發(fā)展優(yōu)秀學(xué)生的個(gè)人潛力。
2.2 切實(shí)加強(qiáng)實(shí)踐教學(xué)
在實(shí)踐中,人們更容易發(fā)現(xiàn)問(wèn)題,自我思考。學(xué)生在實(shí)踐活動(dòng)中會(huì)不可避免地遇到很多問(wèn)題,進(jìn)而就會(huì)引發(fā)他們的思考、討論甚至主動(dòng)探索,事后學(xué)生一般也會(huì)對(duì)自己的問(wèn)題進(jìn)行反思并有意識(shí)地提升獨(dú)立思考和謹(jǐn)慎實(shí)踐的能力以防再犯。在這個(gè)過(guò)程中,學(xué)生經(jīng)歷了實(shí)踐前準(zhǔn)備、實(shí)踐中參與以及實(shí)踐后反思,有的還能自發(fā)地分析所遇到的問(wèn)題并提出解決方案。所以我們鼓勵(lì)開(kāi)展大量的教學(xué)實(shí)踐活動(dòng),用實(shí)踐來(lái)促進(jìn)學(xué)生獨(dú)立思考和動(dòng)手操作的能力,同時(shí)增強(qiáng)他們自主學(xué)習(xí)的意識(shí)[9]。
2.3 追蹤學(xué)科前沿研究
現(xiàn)代生物醫(yī)學(xué)工程的發(fā)展日新月異,課程團(tuán)隊(duì)教師需要密切關(guān)注組織再生的最新發(fā)展及變化,積極主動(dòng)地鉆研最新的技術(shù),根據(jù)最新的科學(xué)研究對(duì)現(xiàn)有的教學(xué)實(shí)踐給予及時(shí)的改革與完善。閱讀國(guó)內(nèi)外組織再生的學(xué)術(shù)文章,搜集并整合最新的科研成果及技術(shù)理論,完善教學(xué)內(nèi)容并融入課堂。在實(shí)踐時(shí)必須充分根據(jù)最新科研成果,確保所教授的內(nèi)容既實(shí)用又符合當(dāng)代發(fā)展需求,從而更好地培養(yǎng)出創(chuàng)新型應(yīng)用人才,解決新時(shí)代高校改革轉(zhuǎn)型的重要問(wèn)題[10]。
2.4 建立科學(xué)的學(xué)生成績(jī)考核體制
成績(jī)?cè)u(píng)價(jià)是學(xué)生學(xué)習(xí)和教師教學(xué)情況的直接反饋,對(duì)學(xué)校了解并管理教學(xué)情況以及用人部門得知學(xué)生能力等均具有重大意義[11]。為了引導(dǎo)學(xué)生樹(shù)立端正的學(xué)習(xí)態(tài)度、養(yǎng)成良好的學(xué)習(xí)習(xí)慣,然后真實(shí)客觀地反映學(xué)生的學(xué)習(xí)效果,使成績(jī)?cè)u(píng)價(jià)具有合理性、科學(xué)性與系統(tǒng)性,我們制定了全新的學(xué)生成績(jī)考核體制:期末考試成績(jī)(50%)、實(shí)踐操作(35%)、網(wǎng)絡(luò)課程(10%)、線下課堂參與度(5%)和科研創(chuàng)新課題額外加分。靈活運(yùn)用綜合全面的評(píng)價(jià)方法系統(tǒng)評(píng)價(jià)學(xué)生的能力,改變了以卷面成績(jī)?yōu)橹鞯膫鹘y(tǒng)評(píng)價(jià)方式,增加了實(shí)踐操作成績(jī)的評(píng)價(jià)占比,使學(xué)生能夠更加重視實(shí)踐綜合能力,積極參與課堂互動(dòng)和實(shí)踐操作,切實(shí)提高學(xué)習(xí)效率。
3 “組織工程與再生醫(yī)學(xué)”課程教學(xué)效果
完成“組織工程與再生醫(yī)學(xué)”課程教學(xué)目標(biāo)是培養(yǎng)創(chuàng)新型應(yīng)用人才的關(guān)鍵,我們通過(guò)一系列措施全面提高生物技術(shù)專業(yè)學(xué)生的學(xué)習(xí)意識(shí)和實(shí)踐能力,主要取得了如下教學(xué)效果。
(1)學(xué)習(xí)主動(dòng)性增加。在傳統(tǒng)教學(xué)活動(dòng)中存在將教學(xué)任務(wù)當(dāng)成必須完成的強(qiáng)制性目標(biāo)的情況,機(jī)械地強(qiáng)調(diào)教學(xué)任務(wù)的重要性,十分容易引發(fā)教師的懈怠以及學(xué)生的厭學(xué)情緒[12],不利于課程的學(xué)習(xí)。所以我們?cè)谛陆虒W(xué)模式下因地制宜,考慮到每個(gè)學(xué)生的能力差異,結(jié)合教學(xué)滿足不同學(xué)生的學(xué)習(xí)進(jìn)度。使學(xué)生的學(xué)習(xí)主動(dòng)性大幅度上升,課堂參與和課后活動(dòng)都十分積極,教學(xué)效果極好。
(2)課堂教學(xué)氣氛活躍。避免了傳統(tǒng)填鴨式教學(xué),多采取小組式、自主式等教學(xué)模式,引導(dǎo)學(xué)生自己探究問(wèn)題,給學(xué)生更多自主思考空間。這把教學(xué)的重心放到了學(xué)生身上,讓學(xué)生真正地參與課堂教學(xué)[13]。因此學(xué)生能夠積極活躍地參與教學(xué),課堂學(xué)習(xí)氛圍十分輕松。
(3)生物工程素養(yǎng)顯著提高。學(xué)生以小組為單位自主參與實(shí)驗(yàn)過(guò)程,基本每個(gè)人都掌握了相關(guān)知識(shí)點(diǎn)和操作要點(diǎn)。特別是優(yōu)秀學(xué)生還在此基礎(chǔ)上自主設(shè)計(jì)參與創(chuàng)新科研項(xiàng)目,生物工程素養(yǎng)有了顯著提升。
(4)合作交流能力明顯增強(qiáng)。網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)的資源共享以及課堂小組實(shí)驗(yàn)都需要學(xué)生之間相互配合、合理分工、討論匯報(bào)和整合觀點(diǎn),在這些連續(xù)性溝通過(guò)程中,學(xué)生的合作交流能力明顯增強(qiáng),擁有了團(tuán)隊(duì)互助意識(shí)。
(5)綜合成績(jī)較好。采取了多樣化教學(xué)方法使學(xué)生可以根據(jù)自身能力選擇相應(yīng)的學(xué)習(xí)方法?;A(chǔ)差的學(xué)生可以反復(fù)聽(tīng)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)課程鞏固自己,而基礎(chǔ)非常好的學(xué)生也可以用更多的時(shí)間在創(chuàng)新實(shí)踐里研究,各取所需,互不影響。學(xué)生都不會(huì)感到很吃力,學(xué)習(xí)自主性都有所增強(qiáng),綜合成績(jī)都有所上升。
4 結(jié)語(yǔ)
科研訓(xùn)練是生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)學(xué)生培養(yǎng)過(guò)程中極其重要的實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié),在新工科背景下更顯重要和需要加強(qiáng)[14]。通過(guò)改革優(yōu)化“組織工程與再生醫(yī)學(xué)”課程培養(yǎng)體系,加強(qiáng)實(shí)踐比重,讓學(xué)生在科研訓(xùn)練中領(lǐng)悟到創(chuàng)新思維和科研方法。然后再結(jié)合大創(chuàng)項(xiàng)目、競(jìng)賽項(xiàng)目等具體實(shí)施,能夠讓學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí),真正做到學(xué)以致用,切實(shí)提升自身學(xué)習(xí)能力和科研素養(yǎng)。這有助于我們培養(yǎng)出引領(lǐng)新一輪生物醫(yī)學(xué)技術(shù)變革的創(chuàng)新人才和領(lǐng)軍人才。
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收稿日期:2024-06-17
基金項(xiàng)目:蚌埠醫(yī)科大學(xué)校級(jí)質(zhì)量工程項(xiàng)目(一般)(2021jyxm18)
赤峰學(xué)院學(xué)報(bào)·自然科學(xué)版2024年11期